KR100608023B1

KR100608023B1 - 하나의 프로젝터를 사용한 투사형 3차원 영상 디스플레이장치

Info

Publication number: KR100608023B1
Application number: KR1020050001548A
Authority: KR
Inventors: 김태희; 이계훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: US7357510B2; US20060152679A1; NL1030552A1; KR20060081112A; NL1030552C2

Abstract

투사형 3차원 영상 디스플레이 장치가 개시되어 있다.

이 개시된 디스플레이 장치는, 영상을 형성하는 하나의 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에서 형성된 영상의 편광 방향을 시간 순차적으로 변환시키는 편광 변환 스위치; 상기 편광 변환 스위치를 통과한 제1편광 방향을 가지는 제1영상은 직진 투과시키고, 상기 편광 변환 스위치를 통해 편광 방향이 변환되어 제2편광 방향을 가지는 제2영상은 굴절시키는 제1 영상 쉬프터; 상기 제1 영상 쉬프터에 소정 간격 이격되어 대향되게 배치되고, 상기 제2영상을 굴절시켜 상기 제1영상에 대해 소정 거리만큼 쉬프트시키는 제2 영상 쉬프터; 상기 제1영상과 제2영상을 확대 투사하는 투사 렌즈 유닛; 상기 제1영상과 제2영상을 서로 다른 시점에 맺히도록 해 주는 미러 라이드 터널; 상기 제1영상과 제2영상을 각각 좌안과 우안으로 전달하는 영상 분리부를 가지는 스크린 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해 하나의 디스플레이 소자에서 형성된 영상을 시간 순차적으로 쉬프트 시켜 디스플레이함으로써 하나의 프로젝터에 의해 3차원 영상을 구현할 수 있다.

Description

하나의 프로젝터를 사용한 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치{Projection type 3D image display using a projector}

도 1a는 종래의 패럴렉스-배리어 방식에 의한 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 3차원 영상 디스플레이 장치에 의해 우안 영상과 좌안 영상이 디스플레이된 상태를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 구비된 제1 및 제2 영상 쉬프터의 구조를 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 스크린에 구비되는 영상 분리부의 예들을 나타낸 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 스크린에 구비되는 영상 분리부로서 액정 배리어가 구비된 경우, 액정 배리어의 작동 상태를 나타낸 것이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에서 3차원 영상이 구현되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 구성도이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

100,200...디스플레이 소자, 105,205...편광 변화 스위치

110,115,210,215...영상 쉬프터, 111,117,211,217...프리즘

112,116,212,216...복굴절 소자, 120,220...투사 렌즈 유닛

125,225...미러 라이트 터널, 130,230...스크린

132,232...영상 분리부, 133...렌티큘러 렌즈

134...패럴랙스-배리어, 136...액정 배리어

본 발명은 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 프로젝터를 이용하여 3차원 영상을 구현하여 소형화하고, 3차원 영상의 해상도를 향상시킨 투사형 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 3차원 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스플레이가 있으며, 무안경 방식의 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 영 상을 얻는 것이다. 무안경 방식에는 예를 들어 패럴렉스 베리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.

패럴렉스 베리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 인쇄 또는 사진으로 인화하여 이것을 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 베리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 화상과 우안에 들어올 세로 무늬 화상이 베리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 화상이 보임으로써 3차원 영상으로 보이는 것이다.

투사형 영상 디스플레이 장치는 디스플레이 소자에서 형성된 영상을 투사렌즈 유닛을 통해 확대하여 스크린에 투사하고, 스크린에 구비된 좌안-우안 영상 분리부에 의해 3차원 영상을 구현한다. 도 1a는 종래의 투사형 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 투사형 영상 디스플레이 장치는 제1 프로젝터(10), 제2 프로젝터(20)를 구비하고, 상기 제1 프로젝터(10)에서 나온 제1영상을 스크린(S)을 통해 우안(RE)으로, 제2 프로젝터(20)에서 나온 제2영상을 스크린(S)을 통해 좌안(LE)으로 분리하여 보냄으로써 3차원 영상을 형성한다.

상기 스크린(S)은 프로젝터에서 나온 영상을 좌안과 우안으로 분리하기 위해 패럴렉스 배리어(25)를 구비한다. 패럴렉스 배리어(25)는 도 1a에 도시된 바와 같이 슬릿(26)과 배리어(27)가 교대로 배열되어 형성되고, 상기 슬릿(26)을 통해 제1 및 제2 프로젝터(10)(20)에서 나온 영상이 좌안 영상과 우안 영상으로 분리되어 3차원 영상이 형성된다.

그런데, 이러한 방식에 의하면, 상기 슬릿(26)을 통해서 영상이 형성되는 한 편 상기 배리어(27)를 통해서는 영상이 차단되기 때문에, 도 1b에 도시된 바와 같이 좌안 영상(L)은 슬릿(26)을 통해 예를 들어 짝수 번째 라인에만 형성되는 한편, 홀수 번째 라인에는 상기 배리어(27)에 의해 차단되어 블랙 라인(K)이 형성된다. 또한, 우안 영상(R)은 예를 들어, 상기 슬릿(26)을 통해 홀수 번째 라인에만 형성되는 한편, 짝수 번째 라인에는 영상이 상기 배리어(27)에 의해 차단되어 블랙 라인(K)이 형성된다.

따라서, 디스플레이 전체적으로 해상도가 떨어지고, 3차원 영상의 밝기가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 좌안 영상과 우안 영상을 형성하기 위해 2개의 프로젝터를 사용하기 때문에 부피가 커져 소형화에 대한 소비자의 요구 사항을 만족시킬 수 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 3차원 영상의 해상도를 향상시키고, 하나의 프로젝터를 사용하여 3차원 영상을 구현할 수 있도록 하여 소형화된 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는, 영상을 확대 투사하여 3차원 영상으로 디스플레이하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 있어서, 영상을 형성하는 하나의 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에서 형성된 영상의 편광 방향을 시간 순차적으로 변환시키는 편광 변환 스위치; 상기 편광 변환 스위치를 통과한 제1편광 방향을 가지는 제1영상은 직진 투과시키고, 상기 편광 변환 스위치를 통해 편광 방향이 변환되어 제2편광 방향을 가지는 제2영상은 굴절시키는 제1 영상 쉬프터; 상기 제1 영상 쉬프터에 소정 간격 이격되어 대향되게 배치되고, 상기 제2영상을 굴절시켜 상기 제1영상에 대해 소정 거리만큼 쉬프트시키는 제2 영상 쉬프터; 상기 제1영상과 제2영상을 확대 투사하는 투사 렌즈 유닛; 상기 제1영상과 제2영상을 서로 다른 시점에 맺히도록 해 주는 미러 라이드 터널; 상기 제1영상과 제2영상을 각각 좌안과 우안으로 전달하는 영상 분리부를 가지는 스크린 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 영상 쉬프터는 제1프리즘과, 상기 제1프리즘에 마주보게 접합되고 입사광의 편광 방향에 따라 입사광을 직진 투과시키거나 굴절시키는 제1 복굴절 소자로 구성된 제1 영상 쉬프터 유닛이 어레이 형태로 배열되어 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1프리즘이 광이 입사되는 쪽에 배치되고, 상기 제1 복굴절 소자가 광이 출사되는 쪽에 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 영상 쉬프터는 입사광의 편광 방향에 따라 입사광을 직진 투과시키거나 굴절시키는 제2 복굴절 소자와, 상기 제2 복굴절 소자에 접합된 제2프리즘으로 구성된 제2 영상 쉬프터 유닛이 어레이 형태로 배열되어 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 복굴절 소자가 광이 입사되는 쪽에 배치되고, 상기 제2 프리즘이 광이 출사되는 쪽에 배치된 것이 바람직하다.

상기 제1 복굴절 소자 및 제2 복굴절 소자는 방해석 또는 네마틱 액정으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 영상 쉬프터와 제2 영상 쉬프터 사이의 간격이 d이고, 상기 제1 및 제2 프리즘의 상부 프리즘각이 θp이고, 상기 제1 및 제2 복굴절 소자의 제2영상에 대한 굴절률을 n₂라고 할 때, 상기 제1영상과 제2영상 사이의 쉬프트 거리가 w일 때, w는 하기의 조건식에 의해 d 및 θp 중 적어도 어느 하나를 변경하여 조절하는 것을 특징으로 한다.

<조건식>

상기 디스플레이 소자는 LCD, FLCD 또는 가동 미러 장치인 것을 특징으로 한다.

상기 편광 변환 스위치는 액정 편광 변환기인 것이 바람직하다.

상기 디스플레이 소자는 가동 미러 장치이고, 상기 디스플레이 소자와 편광 변환 스위치 사이에 입사광을 어느 일 편광의 광으로 변환해주는 편광 변환기가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 분리부는 렌티큘러 렌즈, 플라이아이렌즈, 패러랙스-배리어 또는 액정 배리어인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는 하나의 프로젝터를 이 용하여 좌안 영상과 우안 영상을 시간 순차적으로 디스플레이함으로써 입체 영상을 구현한다. 본 발명의 3차원 영상 디스플레이 장치는 영상을 형성하는 디스플레이 소자와 상기 영상을 시간 순차적으로 쉬프트시키기 위한 수단을 포함한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 영상 디스플레이 장치를 도시한 것으로, 디스플레이 소자(100)에서 형성된 영상을 쉬프트시키기 위해 편광 변환 스위치(105)가 구비되어 입사광의 편광 방향을 시간 순차적으로 변환시키고, 제1 및 제2 쉬프터(110)(115)가 소정 간격 이격되게 배치되어 상기 편광 변환 스위치(105)를 통과한 광의 편광 방향에 따라 영상을 쉬프트시킨다.

상기 제1 및 제2 쉬프터(110)(115)를 직진 투과한 제1영상과, 상기 편광 변환 스위치(105)와 상기 제1 및 제2 쉬프터(110)(115)를 통해 시간 순차적으로 쉬프트된 제2영상이 투사 렌즈 유닛(120)을 통해 스크린 유닛(S)에 확대 투사된다.

상기 제1영상과 제2영상은 스크린 유닛(S)에 서로 다른 각도로 입사되고, 스크린 유닛(S)을 통해 각각 우안(RE)과 좌안(LE)으로 분리되어 디스플레이됨으로써 3차원 영상을 구현한다.

본 발명에서 디스플레이 소자로는 LCD(Liquid Crystal Display), FLCD(Ferro Liquid Crystal Display) 또는 가동미러장치가 채용될 수 있다. LCD나 FLCD는 화소 단위로 박막트랜지스터와 전극이 형성되어 액정에 전계를 가해주는 방식으로 영상을 표시해 준다. 가동 미러 장치는 복수 개의 마이크로미러들이 2차원적으로 배열되고, 마이크로미러마다 독립적으로 회동 가능하게 되어 있다. 마이크로미러의 회동 방향에 따라 입사빔이 투사 렌즈 유닛 쪽을 향해 진행하거나 투사 렌즈 유닛 쪽 을 벗어나 진행하게 되어, 결국 마이크로미러가 화소 단위로 on-off 됨으로써 영상이 구현된다.

본 발명의 제1실시예에서는 상기 디스플레이 소자(100)가 편광 의존형인 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 FLCD(Ferro Liquid Crystal Display)이고, 투과형 또는 반사형일 수 있다. 상기 편광 변환 스위치(105)는 예를 들어 액정 편광 변환기로서 전원을 픽셀별로 선택적으로 인가하여 입사광의 편광 방향을 변환할 수 있다.

상기 제1 영상 쉬프터(110)는 제1프리즘(111)과 입사광의 편광 방향에 따라 굴절률이 변하는 제1복굴절 소자(112)를 포함한다. 상기 제1프리즘(111)과 제1복굴절 소자(112)는 삼각 기둥 형태를 가지고, 서로 접합되어 있다. 광이 입사되는 쪽에 제1프리즘(111)이 배치되고, 광이 출사되는 쪽에 제1복굴절 소자(112)가 배치된다. 상기 제1프리즘(111)과 제1복굴절 소자(112)로 이루어진 제1 영상 쉬프터 유닛(110a)이 복수 개 구비되어 어레이 형태로 배열될 수 있다. 또는, 제1 영상 쉬프터(110)가 하나의 프리즘과 하나의 복굴절 소자로 구성될 수도 있다.

상기 제1복굴절 소자(112)는 입사광의 편광 방향에 따라 굴절률이 달라지는 성질이 있다. 즉, 상기 제1복굴절 소자(112)의 결정 광축과 나란한 편광 방향을 가지는 정상 광선은 복굴절 소자의 정상 굴절률에 따라 직진 투과되며, 복굴절 소자의 결정 광축에 대해 수직인 편광 방향을 가지는 이상 광선은 복굴절 소자의 이상 굴절률에 따라 굴절된다. 따라서, P편광의 광과 S편광의 광이 상기 제1복굴절 소자(112)를 통과할 때 서로 다른 각도로 굴절된다. 상기 복굴절 소자는 예를 들어, 방 해석 또는 네마틱 액정으로 구성된다.

상기 제1프리즘(111)은 복굴절 소자의 정상 굴절률과 같은 굴절률을 가지며, 정상 광선, 예를 들어 P편광의 광은 상기 제1프리즘(111)과 제1복굴절 소자(112)의 경계면에서 굴절없이 투과하여 지나가고, 이상 광선, 예를 들어 S편광의 광은 경계면에서 굴절을 일으킨다.

상기 제2 쉬프터(115)는 입사광의 편광 방향에 따라 굴절률이 변하는 제2복굴절 소자(116)와 제2프리즘(117)을 포함한다. 상기 제2복굴절 소자(116)와 제2프리즘(117)은 삼각 기둥 형태를 가지고, 서로 접합되어 있다. 광이 입사되는 쪽에 제2복굴절 소자(116)가 배치되고, 광이 출사되는 쪽에 제2프리즘(117)이 배치되어 상기 제1프리즘(111)과 제1 복굴절 소자(112)와 대칭적으로 배치된다.

상기 제2프리즘(117)과 제2복굴절 소자(116)로 이루어진 제2 영상 쉬프터 유닛(115a)이 복수 개 구비되어 어레이 형태로 배열될 수 있다. 또는, 제2 영상 쉬프터(115)가 하나의 프리즘과 하나의 복굴절 소자로 구성될 수도 있다.

상기 제1 쉬프터(110)는 제1편광에 따른 제1영상은 직진 투과시키고, 제2편광에 따른 제2영상은 굴절시켜 제1 영상과 제2영상이 서로 다른 경로로 진행되도록 한다. 그리고, 상기 제2 쉬프터(115)는 상기 제2영상을 상기 제1영상과 나란하게 진행되도록 광경로를 변환해준다. 결과적으로, 제2영상이 제1영상에 대해 소정 간격 수평 이동된 것과 같은 효과를 낼 수 있다.

도 3은 제1쉬프터(110)와 제2쉬프터(115)에 의해 제2영상을 제1영상에 대해 w 만큼 쉬프트시킬 때, 제1쉬프터(110)와 제2쉬프터(115) 사이의 간격(d)과 프리즘 각(θp)의 관계를 나타낸 것이다. 상기 프리즘각(θp)은 프리즘의 상부 꼭지각을 나타내는 것으로 한다. 제2영상의 쉬프트 거리(w)는 제1쉬프터(110)와 제2쉬프터(115) 사이의 간격(d)과 프리즘각(θp) 중 적어도 어느 하나를 변화시켜 조절할 수 있다.

복굴절 소자(112)(116)의 정상 광선에 대한 굴절률을 n1, 이상 광선에 대한 굴절률을 n₂라고 하고, 프리즘(111)(117)의 굴절률은 n₁이며, 제1복굴절 소자(112)에 입사되는 광(Li)의 입사각을 θi, 굴절각을 θr이라고 한다. 여기서, 상기 프리즘각(θp)은 입사각(θi)과 같다. 스넬의 법칙에 따르면 다음과 같은 수학식이 성립한다.

그리고, 상기 제1 복굴절 소자(112)에서 굴절된 광(Lr)의 기울기 각도를 θ라고 하면, θ=(θr-θi)의 관계가 성립하며, θ, d, w 사이의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2를 영상 쉬프트 거리(w)에 대해 정리하면 다음과 같다.

w~=&~d~tan( theta _r - theta _i )

다음, θ_i=θ_p이고, 상기 수학식 1을 이용하면 sin(θ_r)=(n₁/n₂) sinθ_i=(n₁/n₂)sinθ_p이다. 이러한 관계를 이용하여 상기 수학식 3을 정리하면 다음과 같다.

상기 수학식 4에 따라 제2영상의 쉬프트 거리(w)를 제1 및 제2 영상 쉬프터(110)(115) 사이의 거리(d)나 프리즘각(θp)을 이용하여 조절할 수 있다. 예를 들어, 16:9의 종횡비를 가지는 디스플레이 소자의 사이즈는 가로가 2.3cm이고, 세로가 1cm의 크기를 가진다. 그리고, 프리즘의 굴절률(n1)이 1.5, 복굴절 소자의 정상 굴절률(n₁)과 이상 굴절률(n₂)이 각각 1.5와 1.7일 때, w=1cm가 되도록 하기 위해서 프리즘각(θp)을 60°로 할 때, 쉬프터 사이의 거리(d)는 대략 2.7cm로 한다. 1

상기 편광 변환 스위치(105)와 제1 및 제2 영상 쉬프터(110)(115)의 상호 작용에 의해 제1편광의 광에 따른 제1영상과 제2편광의 광에 따른 제2영상이 시간 순차적으로 형성되고, 상기 제1영상과 제2영상이 순차적으로 투사 렌즈 유닛(120)을 통과한다. 상기 제1영상과 제2영상은 미러 라이트 터널(mirrored light tunnel)(125)을 통해 스크린 유닛(S)에 서로 다른 각도로 입사된다. 즉, 상기 미러 라이트 터널(125)은 상기 제1영상과 제2영상을 서로 다른 시점에 맺히도록 해 준다.

상기 미러 라이트 터널(125)은 네 면이 모두 미러로 구성되거나 스크린의 수평 방향을 기준으로 좌우 양쪽에 미러가 배치되어 구성될 수 있다. 도 2에서는 스크린의 수평 방향에 대해 좌우 양쪽에 제1미러(125a)와 제2미러(125b)가 배치된 구조를 예시하였다.

상기 스크린 유닛(S)은 스크린(130)과, 상기 투사 렌즈 유닛(120)을 통해 확대 투사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하여 각각 좌안(LE)과 우안(RE)으로 보내는 3차원 영상을 형성하는 영상 분리부(132)를 포함한다. 영상 분리부(132)는 렌티큘러 렌즈, 플라이아이 렌즈 또는 패럴랙스-배리어일 수 있다. 또는, 영상 분리부(132)가 2차원 모드와 3차원 모드를 스위칭할 수 있는 액정 배리어일 수 있다.

도 4a는 영상 분리부로서 렌티큘러 렌즈(133)가 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 렌티큘러 렌즈(133)는 서로 다른 각도로 입사된 광을 각각 다른 초점에 맺히게 함으로써 스크린 유닛(S)에 입사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리한다. 도 4b는 영상 분리부로서 패럴랙스-배리어(134)가 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 패럴랙스-배리어(134)는 슬릿(134a)과 배리어(134b)가 교대로 배열되어 형성되고, 서로 다른 각도로 입사된 광을 상기 슬릿(134a)과 배리어(134b)를 통해 서로 다른 위치에 맺히게 함으로써 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리한다.

상기 렌티큘러 렌즈(133), 패럴랙스-배리어(134) 또는 플라이아이렌즈는 상기 투사 렌즈 유닛(120)을 통해 입사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하여 각각 좌안과 우안으로 집속되도록 함으로써 3차원 영상을 형성한다. 이러한 영 상 분리부는 3차원 모드만을 구현하며, 2차원 모드로 전환하지는 못한다.

다음, 도 5a에 도시된 액정 배리어(136)로 된 영상 분리부는 3차원 모드와 2차원 모드를 선택적으로 스위칭할 수 있다. 액정 배리어(136)는 액정에 결합된 전극의 on-off 작동에 의해 슬릿(136a)과 배리어(136b)를 선택적으로 형성할 수 있다. 또한, 액정 배리어(136)의 전극을 전체적으로 off 시켜 도 5b에 도시된 바와 같이 액정 배리어 전체를 슬릿(136a)으로 만듦으로써 투사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리시키지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 그럼으로써 투사 렌즈 유닛(120)을 통과한 영상이 동일하게 좌안과 우안에 맺히어 2차원 영상이 실현된다.

다음, 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이 장치의 3차원 영상 구현 원리에 대해 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다.

상기 디스플레이 소자(100)로부터 출사된 영상은 소정의 제1 편광 방향, 예를 들어 P 편광 방향을 가지고 편광 변환 스위치(105)에 입사된다. 이때, 상기 편광 변환 스위치(105)는 off 되어 상기 제1 편광 방향을 변환시키지 않고 그대로 통과시킨다. 상기 제1 편광 방향이 상기 복굴절 소자(112)의 결정 광축과 나란한 편광 방향을 가진다고 할 때, 제1 편광 방향의 제1영상은 상기 제1프리즘(111)과 제1복굴절 소자(112)를 직진 투과한다. 예를 들어, P 편광의 광은 복굴절 소자를 직선으로 투과하고, S 편광의 광은 굴절을 일으켜 투과한다.

도 6a에 도시된 바와 같이 굴절 없이 제1 복굴절 소자(112)를 통과한 제1편광의 광에 따른 제1 영상은 투사 렌즈 유닛(120)을 통해 미러 라이트 터널(125)에 입사된다. 제1영상은 상기 미러 라이트 터널(125)의 내부에서 반사되어 소정 각도로 스크린 유닛(S)에 입사되고, 영상 분리부(132)를 통해 예를 들어 우안(RE)에 맺힌다.

이어서, 제1 편광방향을 가지는 영상이 상기 편광 변환 스위치(105)에 입사될 때, 상기 편광 변환 스위치(105)가 on되어 편광 방향을 변환시킨다. 상기 편광 변환 스위치(105)에 의해 제1 편광 방향이 제2 편광 방향으로 변환된 영상이 상기 제2 복굴절 소자(112)에 입사된다. 제2 편광 방향, 예를 들어 S편광을 가지는 영상은 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 복굴절 소자(112)의 결정 광축과 수직한 편광 방향을 가지고 제1 편광의 광과 다른 방향으로 굴절된다.

상기 굴절된 제2 편광에 따른 제2 영상은 제2 복굴절 소자(116)에 의해 제1복굴절 소자(116)에 의해 굴절된 방향과 반대의 방향으로 굴절되어 제1 영상에 대해 소정 간격 평행하게 쉬프트된다. 따라서, 마치 가상의 디스플레이 소자(101)가 상기 디스플레이 소자(100)와 나란하게 배치되어 있는 것과 같은 효과를 가진다. 상기 제2영상은 투사 렌즈 유닛(120)과 미러 라이트 터널(125)을 통해 스크린 유닛(S)에 상기 제1 영상과는 다른 각도로 입사된다. 따라서, 제2 영상은 상기 영상 분리부(230)를 통해 좌안(LE) 영상으로 디스플레이된다.

상기 편광 변환 스위치(105)는 디스플레이 소자(100)의 영상 신호에 동기되어 on-off 동작함으로써 상기 디스플레이 소자(100)의 영상 신호와 같은 주파수로 동작한다. 예를 들어, 상기 디스플레이 소자(100)의 영상 신호 처리 속도가 60Hz일 때 편광 변환 스위치(105)가 1/60초 단위로 on-off 동작한다. 즉, 디스플레이 소자 (100)의 하나의 영상 신호에 대해 상기 편광 변환 스위치(105)가 한 주기의 on-off 동작을 함으로써, 하나의 영상 신호에 대해 제1 편광 방향에 따른 제1영상과 제2 편광 방향에 따른 제2영상이 순차적으로 나오도록 된다.

상기 편광 변환 스위치(105)가 off일 때, 상기 디스플레이 소자(100)의 영상 신호에 따른 영상이 편광 방향의 변화 없이 상기 제1 및 제2 복굴절 소자(112)(116)를 투과하여 제1영상을 형성한다. 그리고, 상기 편광 변환 스위치(105)가 on일 때, 상기 디스플레이 소자(100)의 영상 신호에 따른 영상이 편광 방향이 변환되어 상기 제1 복굴절 소자(112)에 입사되고, 제1 및 제2 복굴절 소자(112)(116)에 의해 굴절되어 제1영상에 비해 쉬프트 된 제2영상을 형성한다.

결과적으로 상기 제1 편광 방향의 우안 영상과 제2 편광 방향의 좌안 영상이 합성되어 한 프레임의 3차원 영상을 형성한다.

다음, 본 발명의 제2실시예에 따른 투영식 3차원 영상 디스플레이 장치에 대해 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

제2실시예에 따른 영상 디스플레이 장치는 영상을 형성하는 디스플레이 소자(200)와, 상기 영상의 광을 일편광 방향을 가지는 광으로 전환하는 편광 변환기(203)와, 입사광의 편광 방향을 선택적으로 변환해주는 편광 변환 스위치(205)를 구비한다. 제2실시예에서는 상기 디스플레이 소자(200)로서 가동 미러 장치가 채용되고, 디스플레이 소자(200)와 편광 변환 스위치(205) 사이에 무편광의 광을 편광으로 전환해주는 편광 변환기(203)가 배치된다. 디스플레이 소자(200)에서 형성된 영상이 상기 편광 변환기(203)에 의해 어느 한 편광 방향으로 편광된 후, 편광 변 환 스위치(205)와 제1 및 제2 영상 쉬프터(210)(215)를 통해 제1편광에 의한 제1영상과, 제1영상이 쉬프트되어 형성된 제2편광에 의한 제2영상이 시간 순차적으로 형성된다.

상기 제1영상과 제2영상은 투사 렌즈 유닛(220)을 통해 확대 투사되고, 미러 라이트 터널(225)을 통해 스크린 유닛(S)에 서로 다른 각도로 입사됨으로써 우안(RE)과 좌안(LE)으로 전달된다. 그럼으로써 3차원 영상이 형성된다.

상기 제1 영상 쉬프터(210)는 제1프리즘(211)과 제1복굴절 소자(212)로 구성된 제1 영상쉬프터 유닛(210a)이 어레이 형태로 배열되어 형성되고, 제2 영상 쉬프터(215)는 제2복굴절 소자(216)와 제2프리즘(217)으로 구성된 제2 영상쉬프터 유닛(215a)이 어레이 형태로 배열되어 형성된다. 또한, 상기 미러 라이트 터널(225)은 서로 마주보게 배치된 제1 및 제2 미러(225a)(225b)를 구비한다.

상기 스크린 유닛(S)은 스크린(230)과 영상 분리부(232)를 구비하며, 영상 분리부(232)는 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같은 렌티큘러 렌즈, 플라이아이 렌즈, 또는 액정 배리어가 될 수 있다.

제2 실시예는 제1실시예와 비교할 때, 디스플레이 소자로 가동 미러 장치를 채용하여 무편광의 광을 일편광의 광으로 전환하기 위한 편광 변환기(203)가 더 구비되는데 차이가 있으며, 나머지 부재들의 구성과 작용은 제1 실시예와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 영상 디스플레이 장치는 한 쌍의 영상 쉬프터에 의해 하나의 영상 신호에 대한 영상을 쉬프트시켜 복수 시점의 영상을 제공함으로써, 하나의 프 로젝터로 3차원 영상을 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는 편광 변환 스위치와 영상 쉬프터를 구비하여 하나의 디스플레이 소자에서 형성된 영상을 시간 순차적으로 쉬프트 시킴으로써 하나의 프로젝터에 의해 3차원 영상을 구현할 수 있도록 한다. 그럼으로써, 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 부피를 소형화할 수 있고, 제조 비용도 절감할 수 있다.

더 나아가, 영상 분리기로서 액정 배리어를 구비하여 2차원 영상과 3차원 영상을 시청자가 원하는 대로 바꿀 수 있도록 할 수 있으며, 3차원 영상을 스크린에 확대 투사함으로써 대형 3차원 영상을 구현할 수 있다.

Claims

영상을 확대 투사하여 3차원 영상으로 디스플레이하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 있어서,

영상을 형성하는 하나의 디스플레이 소자;

상기 디스플레이 소자에서 형성된 영상의 편광 방향을 시간 순차적으로 변환시키는 편광 변환 스위치;

상기 편광 변환 스위치를 통과한 제1편광 방향을 가지는 제1영상은 직진 투과시키고, 상기 편광 변환 스위치를 통해 편광 방향이 변환되어 제2편광 방향을 가지는 제2영상은 굴절시키는 제1 영상 쉬프터;

상기 제1 영상 쉬프터에 소정 간격 이격되어 대향되게 배치되고, 상기 제2영상을 굴절시켜 상기 제1영상에 대해 소정 거리만큼 쉬프트시키는 제2 영상 쉬프터;

상기 제1영상과 제2영상을 확대 투사하는 투사 렌즈 유닛;

상기 제1영상과 제2영상을 서로 다른 시점에 맺히도록 해 주는 미러 라이드 터널;

상기 제1영상과 제2영상을 각각 좌안과 우안으로 전달하는 영상 분리부를 가지는 스크린 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1 영상 쉬프터는 제1프리즘과, 상기 제1프리즘에 마주보게 접합되고 입사광의 편광 방향에 따라 입사광을 직진 투과시키거나 굴절시키는 제1 복굴절 소자로 구성된 제1 영상 쉬프터 유닛이 어레이 형태로 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 2항에 있어서,

상기 제1프리즘이 광이 입사되는 쪽에 배치되고, 상기 제1 복굴절 소자가 광이 출사되는 쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 2항에 있어서,

상기 제2 영상 쉬프터는 입사광의 편광 방향에 따라 입사광을 직진 투과시키거나 굴절시키는 제2 복굴절 소자와, 상기 제2 복굴절 소자에 접합된 제2프리즘으로 구성된 제2 영상 쉬프터 유닛이 어레이 형태로 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 제2 복굴절 소자가 광이 입사되는 쪽에 배치되고, 상기 제2 프리즘이 광이 출사되는 쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 제1 복굴절 소자는 방해석 또는 네마틱 액정으로 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 제2 복굴절 소자는 방해석 또는 네마틱 액정으로 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 제1 영상 쉬프터와 제2 영상 쉬프터 사이의 간격이 d이고, 상기 제1 및 제2 프리즘의 상부 프리즘각이 θp이고, 상기 제1 및 제2 복굴절 소자의 제2영상에 대한 굴절률을 n₂라고 할 때, 상기 제1영상과 제2영상 사이의 쉬프트 거리가 w일 때, w는 하기의 조건식에 의해 d 및 θp 중 적어도 어느 하나를 변경하여 조절하는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.

<조건식>
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디스플레이 소자는 LCD, FLCD 또는 가동 미러 장치인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광 변환 스위치는 액정 편광 변환기인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디스플레이 소자는 가동 미러 장치이고, 상기 디스플레이 소자와 편광 변환 스위치 사이에 입사광을 어느 일 편광의 광으로 변환해주는 편광 변환기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 영상 분리부는 렌티큘러 렌즈, 플라이아이렌즈 또는 패러랙스-배리어인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 영상 분리부는 액정 배리어를 구비하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 전환할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.